Es werden zwei Arten der Frakturheilung unterschieden, die primäre oder auch direkte und die sekundäre oder auch indirekte Knochenheilung.
Der Begriff primäre Frakturheilung beschreibt die callusfreie direkte Durchbauung des Frakturspaltes ohne Resorption der Fragmentenden, die nur nach osteosynthetischer Versorgung mit absoluter Ruhigstellung des Frakturspaltes vorkommt. Die Voraussetzung für diese Art der Knochenheilung ist die genaue Adaptation und Ruhigstellung der Frakturzone.
Diese wird durch klassische Plattenosteosynthesen mit Zugschrauben und die dadurch erzielte Kompression erreicht. Weiterhin muss die Vitalität der Fragmente erhalten sein. Die Fragmentenden lassen sich nicht immer perfekt adaptieren, so dass häufig kleine Spalten vorhanden sind. Diese werden durch Lamellenknochen direkt aufgefüllt. Man spricht von Spaltheilung im Gegensatz zur Kontaktheilung, bei der direkt adaptierte Fragmentenden durch Osteone überbrückt werden. Bei der Kontaktheilung schneiden Osteoklasten sogenannte Bohrkanäle longitudinal von einem Fragment durch die Fraktur in das andere. Kapillaren sprossen ein und Osteoblasten füllen diesen entstandenen Kanal konzentrisch mit Lamellenknochen wieder auf.
Bei der Spaltheilung sprossen Kapillaren in den Spalt ein und Osteoblasten bauen Lamellenknochen oder bei etwas größeren Spalten Faserknochen auf, der dann zu Lamellenknochen umgebaut wird.
Die sekundäre oder indirekte Frakturheilung ist die natürliche Knochenheilung, die bei Ruhigstellung einer Fraktur im Gips statt findet. Sie erfolgt bei sogenannter relativer Stabilität. Diese biomechanische Situation ist definiert als eine Ruhigstellung mit begrenzten Relativbewegungen der Fragmente, die für eine knöcherne Heilung über Callus ausreicht.
Dabei entsteht ausgehend vom Periost frakturfern der Callus, der aufeinander zu wächst und die Fraktur zunächst bindegewebig überbrückt. Parallel werden im Bereich der Fraktur
entstandene avitale Knochenareale resorbiert und durch Faserknochen ersetzt. Im letzten Schritt wird die Corticalis durchbaut und es entsteht wieder lamellärer Knochen. Während des Knochenumbaus (Remodelling) erlangt der Knochen wieder Steifigkeit und Festigkeit.
Bis die alte Knochenstruktur vollständig wiederhergestellt ist vergehen Jahre.
Nach Marknagelung und modernen überbrückenden Plattenosteosynthesen erfolgt die Knochenheilung ebenfalls unter relativer Stabilität über Callus. Die Phasen der indirekten Knochenheilung und Überbrückung der Fraktur durch Callus lassen sich im Tierversuch mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie sehr gut untersuchen (Rahn et al. 1971). Zu bestimmten Zeitpunkten injizierte Farbstoffe reichern sich in jeweils in dieser Zeit entstandenen Arealen des Callus an, so dass die Callusbildung und die knöcherne Heilung mit dem Fluoreszenzmikroskop genau beobachtet werden können. Die Überbrückung einer Fraktur über Callus dauert etwa 5-8 Wochen.
1.3 Was ist Osteoporose?
I.3.1. Definition
Die Osteoporose ist eine systemische Skeletterkrankung, die durch eine reduzierte Knochenmasse und eine Veränderung der knöchernen Mikroarchitektur gekennzeichnet ist und konsekutiv zu einer Schwächung und damit einer verminderten Bruchfestigkeit führt (DVO 2006).
Die Ätiologie der Osteoporose ist multifaktoriell. Man kennt diverse Risikofaktoren, die größtenteils für beide Geschlechter gelten. Dazu gehören unter anderem zunehmendes Alter, Rassenzugehörigkeit, weibliches Geschlecht, niedriges Körpergewicht (BMI unter 20), Gewichtsverlust, extreme körperliche Inaktivität, Rauchen, geringe oder fehlende Sonnenexposition, Anamnese einer proximalen Femurfraktur bei den Eltern, chirurgische oder natürliche vorzeitige Menopause, späte Menarche, niedrige endogene Östrogenexposition, calciumarme Ernährung und rheumatoide Arthritis (Scheidt-Nave et al.
2003). Klinisch und therapeutisch wichtig ist die Einteilung in die primäre und die sekundäre Osteoporose.
Die primäre Osteoporose wird entsprechend dem Verteilungsmuster von Alter und Geschlecht in die postmenopauseale und die Altersosteoporose unterteilt. Die postmenopausale
Jahre nach Eintritt der Menopause gekennzeichnet (Cummings und Melton 2002). Von der Altersosteoporose sind überwiegend Menschen über 75 Jahren betroffen, Frauen etwa doppelt so häufig wie Männer (DVO 2006).
Bei der sekundären Osteoporose entsteht diese als Folge einer Grunderkrankung, auch die sekundäre Osteoporose führt zu einem erhöhten Frakturrisiko. Die glukokortikoidinduzierte Osteoporose nimmt hierbei eine zentrale Rolle ein (Fitzpatrick 2002). Weitere Grunderkrankungen sind unter anderem Hyperthyreose, Hypogonadismus, Hyperparathyreodismus, Diabetes mellitus I und Anorexia nervosa (DVO 2006).
I.3.2 Pathophysiologie
Der Knochen besteht aus Supportzellen (Osteoblasten und Osteozyten), organischer Matrix aus Kollagen und Glykosaminoglykanen (Osteoid), anorganischen Mineralien, die in diese Matrix eingelagert werden und Zellen für den Umbau (Osteoklasten).
Knochen ist ein plastisches, dynamisches Gewebe, das ständig unter hormoneller Kontrolle und körperlicher Belastung auf und abgebaut wird. Er besteht aus einer äußeren Kortikalis und einer inneren Spongiosa mit Knochenbälkchen. Die Kortikalis bildet eine feste äußere Schale, die Verformungen widersteht, während das innere trabekuläre Maschenwerk durch eine Leichtbauweise aus inneren Verstrebungen Festigkeit gewinnt. In den Maschen zwischen den Knochentrabekeln liegt das Knochenmark.
Knochenzellen:
Folgende Zellen tragen zur Bildung, dem Erhalt und dem Umbau des Osteoids bei:
Knochenvorläuferzellen, Osteoblasten, Osteozyten und Osteoklasten.
Knochenvorläuferzellen stammen von Mesenchymzellen ab und bilden eine Stammzellpopulation, die sich zu stärker spezialisierten knochenbildenden Osteoblasten und Osteozyten differenzieren kann.
Osteoblasten synthetisieren den organischen Teil der Knochematrix, das Osteoid. Dieses besteht aus Typ-I-Kollagen, Glykosaminoglykananen und Proteoglykanen. Nach dem Einbau der Osteoblasten in die Knochenmatrix spricht man von Osteozyten.
Osteozyten sind also inaktive, im mineralisierten Knochen eingeschlossene Osteoblasten.
Osteoklasten sind Riesenzellen, die für die Knochenresorption zuständig sind. Mit ihrem Bürstensaum umfassen sie eine Knochenzone, die sie durch Säure und Enzyme auflösen.
Die Knochenresorption durch Osteoklasten wird durch Parathormon, das in Abhängigkeit des Calcium-Ionen-Spiegels im Blut in der Nebenschilddrüse gebildet wird, stimuliert und durch Kalzitonin inhibiert. Dieses stammt aus den C-Zellen der Thyroidea und wird bei zu hohem Serumkalziumspiegel sezerniert (Stevens Lowe 1997).
Im gesunden, normalen Knochen halten sich die Osteoblasten - und Osteoklastentätigkeit die Waage, so dass die Knochenmasse konstant bleibt.
Modifiziert werden dies Vorgänge durch die Lebensweise, genetische Einflüsse, die Zufuhr der Knochenaufbaustoffe und den Einfluss der Sexualhormone. Diese spielen beim Erhalt der Knochenmasse eine ganz wesentliche Rolle. Zum Zeitpunkt der Pubertät wird das Skelettsystem für die Sexualhormone sensibel. Bei gleicher physikalischer Krafteinwirkung wird in Anwesenheit dieser Hormone mehr Knochen aufgebaut als ohne. Dadurch entsteht eine Art zusätzliches Kompartiment, das mit dem Ausfall der Keimdrüsenhormone wieder verloren geht. Beim weiblichen Geschlecht ist die Aufgabe dieses Zusatzknochens folgende:
Während der Schwangerschaft muss der Fötus versorgt werden und das auch, wenn nur wenig Calcium in der Nahrung vorhanden ist. Mit der Infertilität während der Menopause entfällt diese Zusatzaufgabe, und der in der Pubertät hinzugewonnene Knochen geht etwa während eines Jahrzehnts verloren.
Die Steigerung der Skelettresorption bewirkt eine Calciumfreisetzung ins Blut. Dieser Anstieg vermindert die Ausschüttung von Parathormon in den Epithelkörperchen der Nebenschilddrüse. Dies wirkt sich in doppelter Hinsicht auf die Niere aus. Die Calciumreabsorption wird schwächer, d.h. die Kalziurie nimmt zu. Außerdem wird in der Niere bei niedrigem PTH-Spiegel weniger Calitriol aus Calcidiol gebildet und daher bei gleichem Calciumangebot weniger resorbiert.
Somit addieren sich zur postmenopausalen Negativierung der Calciumbilanz sowohl der verstärkte renale Verlust als auch die verminderte intestinale Absorption. Aus mehrjährigen negativen Calciumbilanzen und verstärkter Osteolyse resultiert schließlich eine verminderte Knochenmasse mit zunehmendem Osteoporoserisiko ( Siegenthaler 2001).
I.3.3 Klinische Manifestation der Osteoporose und ihre Auswirkungen
Die Veränderung der knöchernen Mikroarchitektur und die reduzierte Knochenmasse bleiben zunächst symptomlos. Auch im weiteren Verlauf sind Symptome der Osteoporose, die Frakturereignissen vorausgehen, selten. Biomechanisch kommt es dann zu einer Fraktur, wenn die am Knochen auftretenden Kräfte seine mechanische Widerstandskraft überschreiten.
Am stärksten betrifft dies Wirbelkörper, proximales Femur und distalen Radius, also Areale mit spongiösem, trabekulärem Knochen (Bartl et al. 2003). Die Diagnose einer Osteoporose wird allerdings nicht nur klinisch, also anhand der Fraktur, gestellt. Die empfohlene Basisdiagnostik besteht aus Anamnese, klinischem Befund, einer DXA- Knochendichtemessung und ggf. einem Basislabor und einer Röntgenuntersuchung der Brust-und Lendenwirbelsäule (DVO-Leitlinien 2006).
Die Inzidenz peripherer Fragilitätsfrakturen in der Gruppe der 50 bis 79-jährigen Patienten wird mit 19% bei Frauen und 7,3% bei Männern angegeben (Ismail et al. 2002). Distale Radiusfrakturen betreffen überwiegend Frauen über 65 Jahren und sind bei Frauen etwa viermal häufiger als bei Männern (WHO 2003). Proximale Humerusfrakturen finden sich in ca. 80% bei über 35-jährigen Personen und sind ebenso bei Frauen etwa viermal häufiger (Kanis et al. 2001). Die Inzidenz osteoporotischer Veränderungen der Wirbelsäule beträgt in einem europäischen Kollektiv 50 bis 79-jähriger Personen 10.7 pro 1000 Personenjahren bei Frauen und 5,7 pro 1000 Personenjahren bei Männern (EPOS 2002).
Fragilitätsfrakturen ziehen auf Grund der zahlreichen Komplikationen einer durch den Kliniksaufenthalt bedingten Immobilität und der häufig notwendigen Anschlussbehandlung nicht unwesentliche sozio-ökonomische Folgen nach sich. Auf Grund von Komplikationen wie Pneumonien, Harnwegsinfekten, Depressionen und Druckulzerationen ist die Hüftfraktur die Fragilitätsfraktur mit der höchsten assozierten Morbiditat (Riggs und Melton 1995, Cree et al. 2000). Thorakale Wirbelfrakturen können durch eine resultierende Deformierung des Brustkorbs eine Einschränkung der Lungenfunktion nach sich ziehen (Schlaich et al. 1998).
In der Bundesrepublik Deutschland werden laut ökonomischen Schätzungen jährlich etwa 2,3 bis 3 Milliarden Euro für die Behandlung der Osteoporose ausgegeben. Besonders bemerkenswert ist hierbei, dass der Großteil dieses Geldes für die Versorgung der Fragilitätsfrakturen, also des Folgezustands der Osteoporose, ausgegeben wird, der deutlich geringere Anteil für die medikamentöse Therapie der Grunderkrankung (Krappweis et al.1999, Scheidt- Nave 2001). Der gezieltere Einsatz medikamentöser Therapie und bessere
Erkenntnisse über eine prophylaktische Wirksamkeit antiresorptiver Substanzen, könnten also sowohl therapeutisch als auch ökonomisch zu erheblichen Fortschritten führen.
I.3.4. Diagnostik
Zur von der DVO empfohlenen Basisdiagnostik gehören, neben der Anamnese und dem klinischen Befund, eine DXA-Knochendichtemessung, ein Basislabor (BSG, CRP, Calcium in Serum und Urin) und eine Röntgenuntersuchung der Brust- und Lendenwirbelsäule.
Die Knochendichtemessung erfolgt in der Doppel-Röntgen-Energie-Absorptiometrie-Technik (dual-energy-X-ray absorptiometry, DXA). Gemessen wird hierbei der Kalzium- Hydroxylapatit-Gehalt des Knochens, z.B. des Wirbelkörpers oder Schenkelhalses.
Eine niedrige Knochendichte (T-Wert < -2,0) stellt die Grundlage für eine Definition der Osteoporose und einer spezifischen medikamentöse Therapie dar. Weiterhin können das Ausmaß der Knochendichteerniedrigung erfasst, anhand von Referenzwerten das Frakturrisiko abgeschätzt und therapeutische Empfehlungen abgeleitet werden (DVO 2006).
Die Basislabordiagnostik dient hauptsächlich dem Ausschluss einer sekundären Osteoporose, also vor allem von Stoffwechselerkrankungen.
Das Röntgen der Wirbelsäule dient dem Nachweis von osteoporotischen Sinterungsfrakturen bzw. der differntialdiagnostischen Abklärung von Rückenschmerzen. Der DVO empfiehlt die Röntgenuntersuchung der Lenden- und Brustwirbelsäule bei akut aufgetretenen, starken und/oder unverändert über Tage anhaltenden umschriebenen Rückenschmerzen, außerdem bei chronischen Rückenschmerzen die bisher nicht abgeklärt wurden.
I.3.5 Therapie
Die folgenden Ausführungen basieren auf der Leitlinie des Dachverbandes Osteologie (DVO). Die aktualisierte Version von 2006 umfasst Empfehlungen zur Prophylaxe, Diagnostik und Therapie der primären Osteoporose bei Frauen ab der Menopause und bei Männern ab dem 60. Lebensjahr.
I.3.1 Basismaßnahmen Prophylaxe
Im Mittelpunkt der Basismanahmen steht unter anderem die Sturzprophylaxe. Hierfür werden
empfohlen. Außerdem ist die Möglichkeit einer Medikamentenrevision zu überprüfen sowie ein Vitamin-D-Mangel zu vermeiden. Schließlich kann auch die Nutzung von Hilfsmitteln wie z.B. Hüftprotektoren in Betracht gezogen werden.
Ein weiterer wichtiger Pfeiler der Basismaßnahmen ist die Optimierung des Ernährungs- und Lebensstils. Hierbei ist besonders auf eine kalziumreiche Ernährung (1200-1500 mg pro Tag), ausreichende Sonnenlichtexposition zur Bildung von Vitamin D, ggf. Supplimentierung (800 Einheiten pro Tag), und den Verzicht auf Nikotin zu achten.
Schließlich sollte noch das Nutzen- Risikoverhältnis der Applikation von Sturz -und Osteoporose- fördernder Medikamente, wie z. B. Antiepileptika, Antidepressiva und orale Glukokortikoide, überprüft werden.
I.3.6 Pharmakotheapie der Osteoporose
Das zentrale Ziel der spezifischen Osteoporosetherapie besteht in der Vermeidung von Folgefrakturen. Sie wird bei allen Personen im Anschluss an eine osteoporotische Fraktur empfohlen. Wichtig ist hierbei ein rascher Therapiebeginn, da das Folgerisiko für Frakturen, nach osteoporotischen Frakturen hoch ist. Außerdem empfiehlt die DVO eine spezifische osteoporotische Therapie bei Personen mit T-Werten der DXA-Knochedichtemessung <-0.2, an Wirbelsäule oder proximalem Femur.
Empfehlung für eine spezifische medikamentöse Therapie
ohne WK-Fraktur
Bei Lebensalter (Jahre) T-Score (nur anwendbar auf DXA-Werte)
Frau Mann -2,0 bis -2,5 -2,5 bis -3,0 -3,0 bis - 3,5 -3,5 bis -4,0 <-4,0
50-60 60-70 Nein Nein Nein Nein Ja
60-65 70-75 Nein Nein Nein Ja Ja
65-70 75-80 Nein Nein Ja Ja Ja
70-75 80-85 Nein Ja Ja Ja Ja
>75 >85 Ja Ja Ja Ja Ja
mit WK-Fraktur Ja
Tab. 1: Empfehlungen für spezielle medikamentöse Osteoporosetherapie (aus den DVO-Leitlinen 2006)
I.4 Präparate
Die Wirksamkeit einer medikamentösen Therapie in Abhängigkeit von Messverfahren, wie der DXA-Knochendichtemessung, ist nicht belegt. Allerdings ist die Wirksamkeit, in Bezug auf das Frakturrisiko bei postmenopausalen Frauen, von antiresorptiven Substanzen belegt.
Hierzu gehören: Alendronat, Östrogen, Ibandronat, Raloxifen, Risedronat, Stronium Ranelat und Teriparatid.
Alle vermindern nachweislich Wirbelkörperfrakturen nach 3 Jahren. Alle, außer Raloxifen und Ibandronat, vermindern nachweislich periphere Frakturen.
I.4.1 Alendronat
Alendronat gehört zur Gruppe der Bisphosphonate. Sie werden von Osteoklasten aufgenommen und hemmen deren Knochenresorption (Leu et al.2006). Es wirkt also vor allem dort, wo die Osteoklastenaktivität gerade hoch ist. Seine Wirksamkeit, bei postmenopausaler Osteoporose, wurde im Fracture Intervention Trial (FIT) mit 6457 Patienten bewiesen. Alendronat senkt die Häufigkeit von Wirbelfrakturen sowie Frakturen an Hüfte und Radius und steigert außerdem Knochendichte (Black et al. 1996, Cummings und Melton 2002).
I.4.2 Raloxifen
Bei Raloxifen handelt es sich um ein antiresorptives Medikament. Raloxifen ist ein selektiver Östrogen-Rezeptor-Modulator (SERM) und wirkt über direkte Interaktion mit den Östrogenrezeptoren (ERα und ERβ). Die Wirkung des Raloxifens ist jedoch nicht immer mit der Östrogen-Wirkung agonistisch, dies ist gewebeabhängig. Östrogenidentische Wirkungen finden sich beim Knochen- und Lipidstoffwechsel, neutrale oder östrogenantagonistische Wirkungen an Mamma und Uterus. Die Tauglichkeit von Raloxifen für die Osteoporosetherapie wurde in der Studie „Multiple Outcomes of Raloxifene Evaluation (MORE)“ bewiesen. Es nahmen 7705 Frauen teil. Raloxifen konnte in dieser Studie die Knochendichte der Wirbelsäule und des Oberschenkelhalses erhöhen und das Risiko für
I.4.3 Hormonersatztherapie
2002 veröffentlichte die „Women´s Health Initiative“ aus den USA eine für die Pharmakotherapie der Osteoporose wichtige Studie. 16.608 postmenopausale Frauen zwischen 50 und 79 sollten über 8,5 Jahre entweder mit Östrogen und Progesteron oder mit einem Placebo behandelt werden. Zwar senkte die Hormonersatztherapie das Risiko für Hüftfrakturen, steigerte allerdings gleichzeitig das Risiko für Mammakarzinom, KHK, Schlaganfall und Lungenembolie, sodass die Studie schließlich nach 5,2 Jahren abgebrochen wurde (Rossouw et al.2007). Die Indikation zur Einnahme dieser Präparate sollte also nicht leichtfertig gestellt werden. Die genaue Abwägung des Nutzen-Risiko-Verhältnisses wird derzeit in zahlreichen Studien evaluiert. So empfiehlt der Dachverband Osteologie (DVO) in ihren aktuellen Leitlinien die Östrogeneinnahme bei postmenopausalen Frauen „in der Regel nur, wenn vasomotorische Beschwerden der Haupteinahmegrund sind“.
I.4.4 Phytohormone
Phytoöstrogene gehören chemisch zu den Polyphenolen. Sie finden sich in über 300 Pflanzen, vor allem in den äußeren Schichten der Pflanzenorgane, und dienen als sekundäre Schutzstoffe. Alle Phytoöstrogene können im Wesentlichen 3 Strukturklassen zugeordnet werden: den Isoflavonen, den Lignanen oder den Coumestanen. Allen gemeinsam ist eine östrogene Aktivität. Im menschlichen Körper interagieren Phytoöstrogene wie das weibliche Sexualhormon mit den Östrogenrezeptoren (ER), da ihre chemische Struktur dem 17β-Estradiol ähnelt. Sie entfalten Ihre Wirkung über die Bindung an Östrogenrezeptorer alpha (ER) und Östrogenrezeptoren beta (ER ß), die beide von Osteoblasten exprimiert werden.
Über die Bindung an einen oder beide dieser Östrogenrezeptoren entfalten die Phytoöstrogene eine dem endogenen Östrogen agonistische oder auch antagonistische Wirkung. Damit werden sie der Gruppe der SERMs zugeordnet (Brzezinski und Debi 1999).
I.4.5 Soja
Die Sojabohne gehört zur Familie der Hülsenfruchtartigen (Leguminosae) und enthält die Isoflavone Genistein, Daidzein und Glycitein. Diese Inhaltsstoffe binden sowohl an ERα als auch an ERβ (Kuiper et al. 1998).
Soja soll im Alterungsprozess protektiv wirken, u.a. bei der Entstehung von Mamma- und Prostatakarzinomen, bei klimakterischen Beschwerden, Osteoporose, Arteriosklerose und positive Effekte hinsichtlich der Erhaltung der kognitiven Funktion haben. Zum Beweis dieser Vermutungen existieren viele Studien, die aber zum Teil sehr widersprüchliche Ergebnisse liefern. In einem Review diverser Studien und eigener Ergebnisse schreiben Wuttke et al., dass Sojapräparate in den meisten klinischen Studien klimakterische Beschwerden nicht verbessern konnten, jedoch einen leichten osteoprotektiven Effekt zu haben scheinen (Wuttke et al. 2003 c).
I.4.6 Cimicifuga racemosa (CR)
Die Traubensilberkerze (syn. Frauenwurzel) stammt aus der Familie der Ranunculaceae (Hahnenfußgewächse). Verwendet wird der getrocknete Wurzelstock (Rhizoma), der Triterpenglykoside (z.B. Actein), Flavonoide und andere Inhaltsstoffe enthält. Der CR-Extrakt BNO 1055 besitzt teils östrogenagonistische, teils östrogenantagonistische Wirkungen.
Welche Inhaltsstoffe für diese Wirkungen verantwortlich sind, konnte bisher nicht ermittelt werden. Auch interagiert CR nicht mit ERα oder ERβ, sondern mit bisher nicht bekannten Bindungsstellen (Jarry et al. 2003). Der CR-Extrakt suprimiert die LH-Sekretion und kann an den Tibiae ovariektomierter Ratten den Verlust metaphysärer Knochenmasse teilweise verhindern (gemessen im pQCT). Eine Wirkung auf den Uterus zeigte sich nicht (Seidlova-Wuttke et al. 2003 a). Cimicifuga racemosa ist als Arzneifertigpräparat erhältlich und kann bei Dysmenorrhoe und PMS eingesetzt werden. Zudem ist CR eine immer beliebtere Alternative zur Hormonersatztherapie bei klimakterischen Beschwerden. In einer randomisierten, doppelblinden klinischen Studie bewies der CR-Extrakt BNO 1055 den konjugierten Östrogenen entsprechende Effekte in Bezug auf Knochenstoffwechsel und klimakterische Beschwerden, jedoch nicht auf den Uterus ( Seidlova-Wuttke et al.2003 ).
I.5. Fluoreszenzentstehung
Bei der Absorption von Licht einer bestimmten Wellenlänge, dem so genannten Anregungslicht, ist bei verschiedenen Molekülen eine gleichzeitige Emission von Licht größerer Wellenlänge zu beobachten. Dieses Verhalten, also die Absorption von kurzwelligem Licht bei Emission von längerwelligem Licht, wird Fluoreszenz genannt. Der Name leitet sich vom Fluorit ab, da es dessen Eigenschaft aufweist. Elektronen der fluoreszierenden Moleküle absorbieren dabei Photonen und gelangen dadurch auf ein höheres Energieniveau. Die Elektronen können sich allerdings nicht auf diesem hohen Energieniveau halten und fallen praktisch augenblicklich auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück. Dabei setzten sie die zuvor aufgenommene Energie wieder frei. Dies geschieht durch die Emission von Fluoreszenzlicht. Da die Energie nicht nur in Form von Licht freigegeben wird ist das emittierte Licht etwas energieärmer als das Anregungslicht. Energieärmere Lichtstrahlung besitzt eine größere Wellenlänge und eine andere Lichtfarbe als energiereichere Lichtstrahlung.
Diese Eigenschaft der Absorption von kurzwelligem Licht und der Emission von längerwelligem Licht wird auch als Stokes-Regel bezeichnet. Die Differenz der Wellenlänge beider Lichtarten wird als Stokes-Differenz bezeichnet und beträgt meist etwa 20-50 µm.
Eine Reihe von organischen und anorganischen Stoffen wie auch Knochen zeigen von Natur aus eine Eigenfluoreszenz, eine so genannte Primärfluoreszenz. Lagert man Substanzen die fluoreszieren, so genannte Fluorchrome, an Strukturen an und bringt sie dadurch zu leuchten, nennt man dies Fluorchromierung oder Sekundärfluoreszenz. Die Sekundärfluoreszenz am Knochen ist deutlich stärker als dessen Primärfluoreszenz.
Die besondere Affinität der Fluorchrome zu Knochengewebe erklärt sich durch die Bildung von Calcium-Fluochrom-Chelaten und der festen Bindung an Calciumphosphathydroxid, d.h.
einer Einlagerung in mineralisierten Knochen.
I.6. Polychrome Sequenzmarkierung
Bei der polychromen Sequenzmarkierung werden unterschiedliche Farbstoffe in bestimmten Zeitabständen hintereinander verabreicht. Sie werden wärend der Mineralisationsphase der Knochenbildung in den Knochen eingelagert. Durch Untersuchung der Fluoreszenz kann,
welche Knochenneubildung in welcher Phase entstanden ist. Auf diese Weise kann der zeitliche Ablauf der Knochenheilung verfolgt werden.
An die Substanzen zur Fluorochrommarkierung müssen verschiedene Anforderungen gestellt werden. Die Fluoreszenz soll scharf begrenzt sein und sich von den anderen verwendeten Substanzen möglichst deutlich unterscheiden, der Einfluss auf den Knochenmetabolismus soll möglichst gering sein, außerdem sollte die Substanz allgemein gut verträglich sein. Weiterhin sollte die Substanz weder durch die histologischen Weiterverarbeitung beeinträchtigt werden noch durch die Anregung mit ultraviolettem Licht.
Bereits 1958 wurde beschrieben, dass Tertrazykline sich in verkalkendem Knochen einlagern und in ultraviolettem Licht als gelbe Fluoreszenz sichtbar werden (Milch et al. 1958).
Neue Fluorchrome wie Calceingrün, Alizarinkomplexon, Calceinblau und Xylenolorange wurden entdeckt, wodurch die polychrome Sequenzmarkierung möglich wurde (Rahn et al 1971). Diese Farben erfüllen des generelle Gebot, keine lokale oder generalisierte Toxizität zu besitzen, die die Knochenbildung und somit den Versuch beeinflussen könnten. Sie werden weiterhin nicht durch die Fixierung und die Einbettung in Methylmethecerylat verändert.
Dadurch können intravital markierte Knochen auch mit anderen histologischen Färbungen versehen werden ( Rahn et al. 1980).
I.7. Die ovarektomierte Ratte als Modell für die postmenopausale Osteoporose
Das zentrale Ziel bei der Auswahl von Versuchstieren sollte sein ein Tier mit möglichst
Das zentrale Ziel bei der Auswahl von Versuchstieren sollte sein ein Tier mit möglichst